第一章 海洋电法勘探03

• 如果这种电位是人工激发的 如果这种电位是人工激发的Indueed Polarization)，则称为激发极化法 、 ，则称为激发极化法IP)、 • SP、IP这两种方法在陆地上应用已经是 、 这两种方法在陆地上应用已经是 相当成熟，效果很好的方法， 相当成熟，效果很好的方法，但在海洋 环境的应用才刚刚起步。 环境的应用才刚刚起步。
• 由于母岩的电阻率会影响感应极化效果 ， 由于母岩的电阻率会影响感应极化效果， 所以PFE常常采用通过计算金属因素 常常采用通过计算金属因素MF 所以 常常采用通过计算金属因素 所得低频时的电阻率进行归一化： 所得低频时的电阻率进行归一化：
MF = 2π 10 (ρ LF − ρ HF ) ρ LF ρ HF
• 所以，尽管浸染状矿 体与围岩的电阻率 所以， 差异很小， 差异很小，仍然可以产生明显的激发极 化效应， 化效应，这就是激发极化法能够成功地 寻找浸染状矿体的基本原因。 寻找浸染状矿体的基本原因。 • 应该指出，面极化和体极化的差别只具 应该指出， 有相对意义。 有相对意义。 • 严格说来，所有激发极化都是面极化的 ， 严格说来， 因为从微观来看， 因为从微观来看，体极化中每一个极化 单元的激发极化也都是发生在颗粒与其 界面上。 周围溶液的 界面上。
• 衰减曲线呈双曲线状（如图9.8）而并非 衰减曲线呈双曲线状（如图 ） 典型的R－ 回路指数曲线 回路指数曲线。 典型的 －C回路指数曲线。 • 如果向电极中通入变频的交流电，则由 如果向电极中通入变频的交流电， 于海床电容的限制， 于海床电容的限制，使得所测得的阻抗 随频率的增加而减小。 随频率的增加而减小。 • 感应极化现象产生于地下电化学反应环 且在矿物带中尤为明显（ 境 ， 且在矿物带中尤为明显 （ Telford等 ， 等 1990）。 ）
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• 海水的高导电性大大减小了 电压，由 海水的高导电性大大减小了IP电压， 电压 于孔隙水的盐度较高， 电压通常很小 电压通常很小， 于孔隙水的盐度较高，IP电压通常很小， 同时他们也能降低瞬间IP信号的时间常 同时他们也能降低瞬间 信号的时间常 数。 • J.C. Wynn（1988）使用了一个 （ ）使用了一个4Hz的偶 的偶 极源和三个装在塑料管中非极化的Ag极源和三个装在塑料管中非极化的 Agcl电极并将他们沿着海底拖曳进行测 电极并将他们沿着海底拖曳进行测 量。
1.5 海洋激发极化法 海洋激发极化法 (Induced polarization method)
• 人们在进行电阻率法时，常常发现当向电 人们在进行电阻率法时， 极通以电流并突然中断时， 极通以电流并突然中断时，置于电极附近 的两个测量电极间的电势差并不会立即下 降至零； 降至零； • 而是在最初一瞬间很快下降后，便随时间 而是在最初一瞬间很快下降后， 相对缓慢地下降至初始值的一小部分。 相对缓慢地下降至初始值的一小部分。 • 这种衰减可以用一个时间常数来描述，它 这种衰减可以用一个时间常数来描述， 要比地下物质RC常数大 到4个数量级，一 要比地下物质 常数大3到 个数量级， 常数大 个数量级 般能持续几秒至几分钟。 般能持续几秒至几分钟。
P ( f D , fG ) = ∆U fD − ∆U fG ∆U fG
• 式中∆ＵｆＤ和∆ＵｆＧ分别表示在 式中 Ｕ Ｕ 两个频率(低频f 和高频f 两个频率(低频fＤ和高频fＧ)时 测得的 总场电位差幅值。 总场电位差幅值。 • 参数P(fＤ， fＧ）为电场幅值在该 参数 称为频散率 频散率。 两频率间的相对变化 ，称为频散率。 • 频散率也以百分数表示，故西方国家称 频散率也以百分数表示， 其为“百分频率效应” 其为“百分频率效应”。
• 介绍两个重要概念： 介绍两个重要概念： • 面极化和体极化 • 在激电法的理论和实践中，为使问题简 在激电法的理论和实践中， 将岩、 化，将岩、矿石的激发极化分为理想的 两类。 两类。 • 第一类 是“面极化”，其特点是激发极 面极化” 其特点是激发极 化均发生在极化体与围岩溶液的界面上， 化均发生在极化体与围岩溶液的界面上， 如致密的金属矿或石墨矿属于此类。 如致密的金属矿或石墨矿属于此类。
• 在观测波形和源波形之间相位角沿测线每 4秒记录一次以 秒记录一次以mrad为单位， 除了探测到 为单位， 秒记录一次以 为单位 4-6mrad的背景噪音外 ， 在美国沿海的弗 的背景噪音外， 的背景噪音外 吉尼亚和佐治亚还测到了15mrad以上的异 吉尼亚和佐治亚还测到了 以上的异 常。 • 据查，这里最新的沉积物富含钛铁矿和其 据查， 它重金属矿。 它重金属矿。 • 对于 对于4Hz的电源 ， 其模型结构响应表明沉 的电源， 的电源 积物顶层几米处的钛铁矿含量超过10％ 积物顶层几米处的钛铁矿含量超过 ％。
1 CH = Vc
∫ V (t )dt
t2 t1
• 矿物和岩石的电容量见表9.3
• 激发极化法是指以测量发生在介质内部 激发极化法是指以测量发生在介质内部 或者其边界上的电化学作用产生的电位 为基础的地球物理方法。 为基础的地球物理方法。 • 如果这种电位是天然发生的，人们便称 如果这种电位是天然发生的， 之为自然电位(Self- potential一SP)法; 之为自然电位 一 法
• 激发极化法是利用岩石和矿石的电化学 激发极化法是利用岩石和矿石的电化学 活动性为物质基础。 活动性为物质基础。 • 一般情况下物质都是电中性的，即正， 一般情况下物质都是电中性的，即正， 负电荷保持平衡。 负电荷保持平衡。 • 但是，某些岩石和矿石在特定的自然条 但是，某些岩石和矿石在特定的自然条 在岩石中产生的各种物理化学 物理化学过 件下，在岩石中产生的各种物理化学过 程作用下，岩石可以形成面电荷 面电荷和 程作用下，岩石可以形成面电荷和体电 荷。 • 岩石的这一性质称为岩石极化。 岩石的这一性质称为岩石极化。
• 第二类是“体极化”，其特点是极化单 第二类是“体极化” 指微小的金属矿物、 元(指微小的金属矿物、石墨或岩 石颗 呈体分布于整个极化体内， 粒)呈体分布于整个极化体内，如浸染状 金属矿石和矿化、 金属矿石和矿化、石墨化岩石以及离子 导电岩石均属这一类。 导电岩石均属这一类。 • 虽然每个小颗粒与 围岩(胶结物)的接触 围岩(胶结物) 面很小，但它们的接触面积的总和却是 面很小，但它们的接触面积的总和却是 很可观的。 很可观的。
• 然而，实践中应用激电法又都是宏观地 然而， 研究矿体、 研究矿体、矿带或地层等大极化体的激 电效 应。 • 故在此讨论体极化体的激发极化特性。 故在此讨论体极化体的激发极化特性。
• 描写交流激发极化效应的参数 描写交流激发极化效应的参数 • 既然交变电流场中的激电效应以总场(或 既然交变电流场中的激电效应以总场( 交流电阻率)的频率特性为标志， 交流电阻率)的频率特性为标志，并且与 稳定电流场中激电效应的时间特性有对 应关系，故可仿照直流激电特性参数— 应关系，故可仿照直流激电特性参数 —极化率的表示式(1.3-14)，定义下列 极化率的表示式(1.3 极化率的表示式(1.3-14)， 参数以描述交流激电特性
• 在交流激电观测中，除了频散率外，还 在交流激电观测中，除了频散率外 频散率 可观测总场相对于供电电流的相位 相位φ。 可观测总场相对于供电电流的相位 。 • 综上所述，各种交流激电参数和直流激 综上所述， 电参数均可相互联系起来， 电参数均可相互联系起来，即相位和频 散率及极限极化率和实测极化率参数间， 散率及极限极化率和实测极化率参数间， 都近似地存在正比关系。 都近似地存在正比关系。 • 研究其中某种参数的性质便可代表其余 参数的有关特征。 参数的有关特征。
• 如果在时间域内进行测量 ， 则海床可用 如果在时间域内进行测量， 它的电容C 描述， 它的电容 H 描述 ， CH 是 （ t1-t2） 时间间 隔内电压衰减曲线所围区域除以电压V 隔内电压衰减曲线所围区域除以电压 c 之值， 是流经两电极之间的电压： 之值，Vc是流经两电极之间的电压： •
• 岩石极化分为两种类型： 岩石极化分为两种类型： • 1、自然极化，是由不同地质体接触处的 自然极化， 电荷自然产生的(表面极化) 电荷自然产生的(表面极化)或由岩石的 固相骨架与充满空隙空间的液相接触处 的电荷自然产生的(两相介质的体极化) 的电荷自然产生的(两相介质的体极化)；
• 2、激发极化，是在人工电场作用下产生 激发极化， 的极化。 的极化。 • 由岩石自然极化和人工极化产生的面电 荷和体电荷形成自然电场或激发极化电 场。
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• 有些矿体间金属因素的差异很明显： 有些矿体间金属因素的差异很明显： • 块状硫化物矿体约为10000，而未矿化花 ， 块状硫化物矿体约为 岗岩却小于10(表 岗岩却小于 表9.4)。 。 • 除了金属因素以外，测量电压和最初波 除了金属因素以外， 形间相位的变化以及各种复杂电阻率的 变化也能用来分析海底构造特征（ 变化也能用来分析海底构造特征（Zonge 和Wynn，1975）。 ， ）。